Bài giảng Vô tuyến điện đại cương: Chương 1 - TS. Ngô Văn Thanh

VÔ TUYẾN ĐIỆN
ĐẠI CƯƠNG
TS. Ngô Văn Thanh
Viện Vật Lý

Hà Nội - 2016


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

2

Tài liệu tham khảo
[1] David B. Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999).
[2] Dennis L. Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge
University Press 2011).
[3] Jon B. Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge
University Press 2009).
[4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT
[5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT
[6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT

Website : />Email :


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN ĐIỆN
1. Định luật Kirchhoff

2. Tần số
3. Điều biến
4. Khuếch đại
5. Decibel
6. Bộ trộn
7. Bộ lọc
8. Máy thu biến đổi trực tiếp
9. Máy thu biến tần


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

4

1. Định luật Kirchhoff
 Định luật Kirchhoff
 Định luật Kirchhoff điện áp : được áp dụng cho các mạch.

 Định luật Kirchhoff dòng điện : áp dụng cho các nút.

 Điện áp
 Đơn vị đo

V2

-

-

+

+

V1

+

+

V1

+

-

-

+

 Dòng điện (ampere – A)

-

V4

 Định luật bảo toàn điện tích

I1

I2

 Công suất (watts – W)

I4 I1
I3 I2


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

5

2. Tần số
 Điện áp và dòng điện
 Các hàm cosine biến thiên theo thời gian
• f : tần số, đơn vị đo : hertz (Hz)

 Công suất

• Công suất trung bình
• Đối với mạch cộng hưởng (có cuộn cảm và tụ điện lệch pha nhau)

 Tần số của sóng radio :
• c : tốc độ ánh sáng
•  Bước sóng : đơn vị (m)


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

6

2. Tần số
 Các dải tần số thường dùng

Ký hiệu

Loại sóng

Tần số

VLF

Tần số rất thấp
Sóng dài
Sóng trung

3-30 kHz, hoặc bước sóng 100-10 km
30-300 kHz, hoặc 10-1 km
300 kHz-3 MHz, hoặc 1 km-100

AM

Sóng radio

500-1600 kHz

HF

Tần số cao hay sóng ngắn

3 MHz-30 MHz, hoặc 100-10

VHF

Tần số rất cao
TV kênh 2-6
TV kênh 7-13
FM radio

30 MHz-300 MHz, hoặc 10-1 m
54-88 MHz
174-216 MHz
88-108 MHz

UHF

Tần số cực cao
TV kênh 14-69
Sóng điện thoại di động

300 MHz-1 GHz, hoặc 1 m-30 cm
470-806 MHz
824-894 MHz

microwaves

Vi sóng
GPS
Truyền hình vệ tinh C-band
Truyền hình vệ tinh Kuband

1-30 GHz, hoặc 30-1 cm
1.575 GHz
3.7-4.2 GHz
10.7-12.75 GHz


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

7

3. Điều biến
 Các loại điều biến
 Điều biên (độ) : Thường ứng dụng cho sóng radio AM
• Biên độ sóng a(t) phụ thuộc vào thời gian được điều biến bởi sóng âm thanh.
• Trên thực tế: có thêm thành phần sóng mang

 Điều tần (số) : Thường ứng dụng cho sóng FM


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

8

3. Điều biến
 Tín hiệu số (digital)
 Dựa trên nguyên lý của tín hiệu Morse (xung dài và xung ngắn)

 Sử dụng mã nhị phân 1 và 0
 FSK (frequency-shift keying) khoá đảo tần số
• Mã 1 :

• Mã 0 :

 PSK (phase-shift keying) khoá đảo pha
• Mã 1 :

• Mã 0 :


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

9

4. Khuếch đại
 Công suất sóng thu được từ antenna : cỡ picowatt
 Thiết bị thu sóng cần phải khuếch đại tín hiệu lên hàng triệu lần

 Thiết bị cổ điển : sử dụng bóng điện tử chân không
 Thiết bị hiện nay : sử dụng linh kiện bán dẫn, vi mạch…

 Hệ số khuếch đại (gain)


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

10

5. Decibel
 Hệ thống vô tuyến
 Công suất đài phát quốc tế : cỡ megawatt = 106 watt

 Tín hiệu thu được tại thiết bị thu sóng : cỡ femtowatt = 10−15 watt
 Hệ số chênh lệch công suất rất lớn : sử dụng thang đo logarit (cơ số 10)
 Độ khuếch đại : đo bằng đơn vị decibel (dB)
• Ví dụ:

 Chú ý: G là đại lượng không thứ nguyên
 Công suất tuyệt đối : dBs

 Ký hiệu hệ số khuếch đại theo đơn vị đo của công suất tín hiệu vào Pi
 Watt = dBw; milliwatt = dBm …

dB

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P/Pi

1

1.3

1.6

2.0

2.5

3.2

4.0

5.0

6.3

8

10

Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

11

6. Bộ trộn (mixer)
 Tần số
 Tần số có thể nghe được : cỡ vài kilohertz (kHz)

 Tần số sóng cao hơn rất nhiều, ví dụ sóng dài có tần số = 30-300 kHz.
 Tại máy thu : biến đổi tín hiệu ở tần số radio sang tần số âm thanh

 Bộ trộn
 Tại máy phát: sử dụng bộ trộn để dịch chuyển tần số = tích của 2 tần số
 Tạo phách : tạo ra tín hiệu bao gồm tổng và hiệu của 2 tần số
 Xét trường hợp tín hiệu tương ứng với 2 tần số khác nhau, ta có điện áp

 Tại máy thu, 2 tần số tương ứng là :
• Tần số của tín hiệu từ antena (f1)
• Tần số tạo ra bởi mạch dao động (f2)
 f+ dùng để nâng cao tần số
 f- dùng để giảm tần số


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

12

7. Bộ lọc (filter)
 Filter

 Loại bỏ tần số được thêm vào bởi bộ trộn

 Bộ lọc âm tần : giữ lại tần số thấp
 Tín hiệu bị chặn lại khi
 Pm : công suất cực đại

là tần số ngưỡng (cut-off) = 3 dB
 Hệ số suy hao


 Hệ số khử tại 1 tần số trong vùng trượt:

 Bộ lọc băng tần
 Tín hiệu bị chặn ở cả vùng tần số thấp

và tần số cao
 Độ rộng băng tần

Low-pass filter

Dải tần
cho qua

Dải tần bị
chặn
Vùng trượt

Band-pass filter

Dải tần

cho qua

Dải
tần bị
chặn


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

13

8. Máy thu biến đổi trực tiếp
 Direct-conversion receiver
 Biến đổi tần số sóng Radio sang tần số âm thanh (nghe được)

 Chỉ có một bộ trộn
 Tín hiệu vào với tần số Radio (RF)

antenna

 Bộ tạo dao động (LO – local oscillator)

Bộ trộn

Khuếch đại

 Tín hiệu ra từ bộ trộn có tần số

bằng tổng và hiệu của 2 tần số.
 Tần số của LO được chọn sao cho hiệu

của 2 tần số tương ứng với
tần số âm thanh nghe được (600 Hz).
 Các hệ thức

RF
LO

Audio

Bộ dao động

Bộ lọc
 fi là tần số ảo (image) và cần phải loại bỏ nhờ bộ lọc.
 fA là tần số âm thanh (Audio)
 Sử dụng bộ lọc băng tần để loại bỏ tần số ảo

RF

Loa


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

14

9. Máy thu biến tần
 Superheterodyne : Thường được ứng dụng trong TV và radio FM
antenna
Bộ lọc RF
RF

VFO Ảo

Bộ trộn RF
RF
VFO

Tổng
IF
BFO Ảo

Bộ dao động
biến tần

Bộ trộn

Bộ lọc IF

Khuếch đại

IF
BFO

Bộ dao động
phách

 Các thuật ngữ
• RF (Radio frequency) : tần số radio
• VFO (Variable-frequency oscillator) : bộ biến tần
• Image : ảo (sẽ bị chặn lại ở các bộ lọc)
• IF (Intermediate frequency) : tần số trung gian

• BFO (beat-frequency oscillator) : bộ dao động phách
• Audio : âm thanh nghe được
• Sum : tổng (tổng của 2 tần số)
• Product detector : tách sóng

Audio

Loa


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

15

9. Máy thu biến tần
antenna
Bộ trộn RF

Bộ lọc RF
RF
VFO Ảo

RF
VFO

Tổng
IF
BFO Ảo

Bộ dao động

biến tần
Tín hiệu
thu
được từ
antenna

Chỉ giữ
lại tần số
Radio

 Tần số Radio :
 Tần số ảo VFO :
 Tần số IF :
 Tần số ảo BFO :

Trộn tín
hiệu

Bộ trộn

Bộ lọc IF

Khuếch đại

IF
BFO

Audio

Bộ dao động

phách
Giữ lại
tín hiệu
trung tần

Trộn tín
hiệu để
có Audio

Khuếch
đại âm
thanh

Loa


Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016

16

9. Máy thu biến tần

 Sơ đồ dải tần số
 Tần số USB (upper sideband): là tần số để tạo ra tín hiệu có tần số ảo BFO
• Sử dụng công thức
• Suy ra

 Tần số LSB (lower sideband): Giống như tần số RF